杂志汇教育科学博览

摘要：深厚砂砾石地层垂直帷幕防渗是水工建筑物中防渗的较大难题之一，而帷幕灌浆试验是帷幕灌浆设计与施工中最重要的环节。本文就尼泊尔上崔树里3A电站深厚沙砾石层地基防渗，实施的两次帷幕灌浆试验的合理性进行比对，对砂砾石地层灌浆材料选用、布孔间排距合理性、灌浆压力、浆液水灰比等参数的选用进行了实践研究，确定适合该地层帷幕灌浆的最终施工参数，优化原设计确定深层沙砾石层地基灌浆参数，取得了较好的工程效果和经济效益。对于相似地层的帷幕灌浆施工，确保防渗质量，具有很好的借鉴指导作用。

关键词：深覆盖层 帷幕灌浆 防渗试验 施工技术

1、概述

1.1工程概况

上崔树理3A水电站位于尼泊尔境内崔树里河的上游，电站为一径流式水电站，电站的开发任务主要是发电，水库正常蓄水位EL870.5m，电站总装机容量60MW。主要由挡水闸坝、右岸取水口、明渠、沉沙池、4.1km低压引水隧洞、调压井、高压管道、地下发电厂房及变电站等建筑物组成。拦河闸坝最大坝高23.3m，总宽度约106m，取水口位于河流右岸，与挡水坝轴线的夹角为1100，共设三孔取水口，总跨度为24.4m，顶板高程874.80m。

1.2工程地质

上崔树理-3A水电工程区岩性属于尼泊尔中部的亚高阶喜马拉雅区变质沉积岩序列的昆茶组（Kuncha Group），以云母片片岩和片麻岩为代表。总的来说，工程区岩层走向呈NNE、NNW、NW和NE向，倾角10～30°。

首部挡水系统段右岸坝肩坐落于崩坡积物和河流洪积物之上，岸坡母岩主要岩性为浅灰色云母片岩，片岩为弱风化和微风化，中等强度。局部岩体节理裂隙比较发育，多数地段岩体比较完整，呈厚层或巨厚层结构，岩层的走向近垂直于河流方向。岩石的抗压强度为30MPa～50MPa。拦水坝处左岸为岩质边坡，岩性为云母片岩；右岸为河流冲洪积物。根据坝轴线布置左、右岸两个深度为25m地勘孔表明，左岸基岩的埋深为13.35m，右岸钻孔揭露的全部为河流冲积物。因此拦水坝的左坝肩坐落在基岩上，右岸坝肩坐落在由河流冲积物组成的覆盖层上。地层结构主要以粒径大于1.5m的孤石、漂石、砂卵砾石和中粗砂、粉细砂等组成。其动力触探标准击数在14.74~26.0，对应的地基承载力标准值大于400Kpa。

对左岸基岩压水试验深度为14.90～25.00m，试验结果显示该段的渗透率吕荣值在1.6～2.5Lu之间，属于弱透水地层。对右岸河流冲积物，在钻孔的9.00m～25.00m深度进行了恒水头渗透试验。试验结果显示，该段的渗透系数在2.2× 10-2～4.0×10-3cm/s之间，为中等透水～强透水。

2、防渗设计

坝基防渗采取建基面水平混凝土铺盖与防渗帷幕衔接的防渗形式进行表层和坝基深部防渗，对坝体和周边可能的渗漏通道进行延长帷幕线进行灌浆，以满足大坝的设计防渗标准及要求。大坝帷幕灌浆布置在坝体上游，按渗透稳定控制原则作为防渗设计标准，帷幕体设计深度深入河床建基面以下约17m，其中位于深层覆盖层部位的右岸的坝基及取水口基础等部位防渗，属于悬挂式防渗帷幕。帷幕总长度约175m。按分序加密的原则进行施工，由两排孔组成的防渗帷幕，应先灌注下游排，后灌注上游排，每排分为两序。帷幕灌浆工程质量的评定标准为：经检查孔压水试验检查，混凝土与基础接触段及其下一段的透水率（小于5Lu）的合格率为100%；其余段小于5Lu应在90%以上，5Lu~7Lu在10%以下。不合格试段的透水率不超过设计规定的150%；且不合格试段的分布不集中，灌浆质量可评为合格。

施工方法及设备的选择综合考虑了设计技术要求、地质情况及工程所处区域作业环境特点的因素，试验场地的选择在大坝铺盖上游河滩地位置，先后进行了两次灌浆试验。灌浆试验遵循了逐渐加密的原则，试验区先下游排、后上游排的施工顺序。同一排相邻的2个次序孔之间，以及后序排的第一次序孔与其相邻部位前序排的最后次序孔之间的钻孔灌浆高差，按不得小于15m进行了控制。帷幕灌浆试验在盖重混凝土已浇筑并达到设计强度的70%的条件后才开始进行施工。混凝土盖重厚1.0m，孔位布置详见下图：

(1)对坝基砂砾石层采用纯水泥浆液进行灌注。

(2)帷幕灌浆采用印度生产的Ambuja 43 grade普通硅酸盐水泥。

(3)灌注浆液则由水泥、水组成。(4)帷幕灌浆前，对水泥的细度及浆液的凝固时间（包括初凝和终凝时间）进行了试验。全部符合《水电水利工程覆盖层灌浆技术规范》（DL／T5267———2012）的要求。

(5)试验所用水泥浆液拌制采用了高速搅拌机，其搅拌机转速大于1200r/min，搅拌时间不少于60s。

3.2灌浆设备

(1)现场配备了ZJ400高速搅拌机、200L×2立式双筒搅拌机、3SNS高压灌浆泵、XY-2PC地质钻机及发电机等设备与器材。

(2)灌浆泵为高压灌浆泵，其容许工作压力大于最大灌浆压力的1.5倍，并有足够的排浆量和稳定的工作性能。

(3)压力表与各工序作业使用的压力相适应，其最大标值应为最大灌浆压力的2～2.5倍，

(4)现场采用手工方法测记灌浆压力、注入率等参数。

3.3钻孔

(1)钻孔采用XY-2PC回转式地质钻机进行钻孔。

(2)钻孔孔位：现场钻孔按设计图纸统一编号、放样，对孔深、孔口高程进行了测量、记录。

(4)浆液水灰比

采用了3：1、2：1、1：1、0.8:1、0.5：1四个比级，开灌水灰比为3：1。

现场制浆站、拌浆筒严格按拌浆时间和浆液密度控制，对浆液密度每隔30min进行一次测定。

(5)现场浆液变换标准

a.当某一级水泥浆的孔内注入量达到300L，而压力和注入率无改变或改变不显著时，变浓一级。

b.当注入率大于30L/min时，根据具体情况越级变浓。(6)现场灌浆结束标准和封孔方法1)在灌浆段设计压力下，当注入率小于1L/min，继续灌浆30min，可结束灌浆。

2) 对于灌前涌水较大的灌浆孔，在达到灌浆结束标准后，用设计灌浆压力继续屏浆90分钟，可结束灌浆待凝。

3）帷幕灌浆全孔灌浆结束后，应立即进行封孔。现场采用了水灰比为0.5:1的浓浆封孔。

3.5质量检查

（1）帷幕灌浆试验完成14天后，采用单点法压水试验进行检查灌浆的质量。压力为0.2MPa～0.35MPa，根据坝前水头高度（以正常蓄水位为准，分别从大坝建基面和帷幕所在部位建基面算起），最大压力：第一段（接触段）与灌浆压力相同。终孔段约为该段最大灌浆压力的0.44倍。

第二次帷幕灌浆试验布置了1个检查孔，4段压水试验压水透水值分别4.5 Lu、3.68 Lu、4.0 Lu、8.28 Lu。对应的压力（自上而下）分别为0.2 MPa、0.25 MPa、0.3 MPa、0.35 MPa。

第一次帷幕灌浆生产性试验布置了1个检查孔，4段压水值（自上而下）分别为49.38Lu、98.67 Lu、48.11 Lu、94.4 Lu。对应的压力（自上而下）分别为0.2 MPa、0.25 MPa、0.3 MPa、0.35 MPa。）

（2）检查孔位置根据灌浆情况及整理有关资料并确定，布置在帷幕中心线上，两个灌浆孔之间，孔深16m。综合压水法流程：钻进第一试验段→压水试验→进行该孔段灌浆→待凝→扫孔至原孔深并冲净钻孔→测量压水流量→进行第二试验段钻孔→压水试验……第四段压水→浓浆封孔。

（3）两次试验进行压水检查结果见下表：

4.1现场试验分析

在进行第二次帷幕灌浆试验的灌浆孔第一段灌浆时，有近半数孔在灌浆过程中发生了浆液渗漏，渗漏点主要集中在混凝土盖板与基础的结合部，这说明该段沙砾石基础的可灌性是比较理想的。

4.2灌浆资料分析

（1）第二次帷幕灌浆综合剖面图见下效果图：

（1）帷幕灌浆第一次试验布置检查孔1个，经压水试验检查发现，孔内各段透水率过大，不能满足防渗设计标准。经参考灌浆单耗情况分析认为，在现有地质条件下，水泥浆液在地层中的扩散半径有限，渗透量远不能满足设计防渗要求的标准。

（2）从第二次帷幕灌浆压水试验结果表明，除第四段外其余三段段透水率均小于5Lu，满足了防渗设计标准，采取减少孔间排距，改变布孔参数的方式，提高了防渗体质量，取得了明显的效果。

（3）对于第四段压水透水超标问题的分析，可能检查孔底部预留防渗厚度较少有关；我们认为通过群孔帷幕灌浆可以得到改善，达到防渗要求。

4.4检查孔取芯情况分析

从第二次帷幕灌浆试验检查孔取芯情况来看，水泥浆液充填卵石空隙效果较好，有明显的结石现象；局部细砂层较为致密，可灌性较差，通过高压灌浆进一步挤压密实，也取得了理想的防渗效果。

4.5试验结论

上述试验效果分析表明，根据上崔树里3A水电站坝基地质条件等因素，所实施帷幕试验采用的施工工艺和帷幕灌浆的结构形式是合适的，试验论证和确定设计施工参数（如孔距、排距、灌浆压力、水灰比及水泥单耗等）是合理的。能够基本满足设计要求的帷幕防渗标准，可用于指导下一步的帷幕灌浆施工，达到了预期的目的。